En tant que nouvelle technologie dans le domaine de la communication sans fil, la radio logicielle (SDR) attire de plus en plus l'attention tant à l'intérieur qu'à l'extérieur. Dans le domaine de la communication, il s'agit d'un nouveau système de communication radio après la technologie analogique à la technologie numérique, la communication fixe à la communication mobile. Avec le développement des technologies de communication, les équipements compatibles avec différents types de normes ont de plus en plus montré leur demande. Par rapport aux systèmes radio traditionnels, les systèmes radio logiciels présentent une série d'avantages tels que la structure générale, les fonctions logicielles et l'interopérabilité. .
Ⅰ. L'origine et le développement de la radio logicielle
La raison de l'émergence de la radio logicielle est liée à la guerre du Golfe. À cette époque, les forces multinationales dirigées par les États-Unis utilisaient une variété d'équipements de communication de différentes normes, ce qui provoquait des difficultés de communication entre elles. Après cela, en mai 1992, Jeo Mitola a proposé pour la première fois le concept de "radio logicielle" à l'American Communication Systems Conference. L'idée de base est de créer toutes les radios tactiques basées sur la même plate-forme matérielle, d'installer différents logiciels pour former différents types de radios et de remplir des fonctions de différentes natures. Il a donc une programmabilité logicielle. Ce concept a rapidement attiré l'attention des pays du monde entier, car les communications militaires ont désormais des exigences plus élevées en matière de fiabilité, d'interopérabilité, de flexibilité, d'anti-brouillage, de capacité de survie, de confidentialité et de sécurité des systèmes de communication radio. L'armée américaine et Hazcltine ont développé une station de radio logicielle appelée "speakeasy" (facile à parler), qui réalise une plate-forme radio multibande et multifonctionnelle couramment utilisée par l'armée américaine. Plus de 4 formes d'onde de modulation différentes. Cette radio peut être appelée un "ordinateur de poche" avec une antenne qui peut transmettre la voix et les données. Les services de communication comprennent la voix, les données et les images vidéo.
À l'heure actuelle, la radio logicielle fait l'objet de plus en plus d'attention dans le domaine civil. La raison principale est que les normes techniques du système de communication actuel sont diverses, et les différentes normes techniques et les systèmes correspondants sont difficiles à être compatibles les uns avec les autres, et il est difficile de le réaliser avec un dispositif unifié. Et le système de communication mobile de troisième génération a encore une bataille standard, si la radio logicielle est utilisée pour s'adapter à différentes normes, c'est un moyen réalisable. D'autre part, le développement des technologies de communication est très rapide, l'ancien système est continuellement amélioré et le nouveau système émerge rapidement. Les gens ont besoin d'une méthode de mise à niveau du système qui soit plus économique que l'élimination complète de l'ancien équipement, et la programmabilité de la radio logicielle est meilleure. adapté à ce besoin.
Ⅱ. l'architecture radio logicielle
La partie radiofréquence, la conversion haut/bas, le filtrage et le traitement de la bande de base du système radio analogique traditionnel adoptent tous le mode analogique, et le système de communication d'une certaine bande de fréquence et d'un certain mode de modulation correspond à une structure dure spéciale ; tandis que la partie basse fréquence du système radio numérique adopte des circuits numériques (par exemple, l'oscillateur local utilise un synthétiseur de fréquence numérique, le codage et le décodage de la source, et la modulation et la démodulation sont complétées par une puce dédiée), mais sa radiofréquence et sa fréquence intermédiaire les pièces sont encore indissociables des circuits analogiques. Par rapport au système radio traditionnel, la conversion A/N/A du système radio logiciel est déplacée vers la fréquence intermédiaire, et aussi près que possible de l'extrémité radiofréquence, toute la bande de fréquence du système est échantillonnée, c'est-à-dire le numérique le traitement est effectué à partir de la fréquence intermédiaire (ou même de la fréquence radio), qui est une caractéristique importante de la radio logicielle. La radio numérique utilise des circuits numériques dédiés pour réaliser une fonction de communication unique sans possibilité de programmation. La radio logicielle remplace le circuit numérique dédié par le dispositif DSP programmable, ce qui rend la structure matérielle et le fonctionnement du système relativement indépendants. De cette manière, sur la base d'une plate-forme matérielle relativement commune, différentes fonctions de communication peuvent être réalisées via un logiciel, et la fréquence de fonctionnement, la bande passante du système, le mode de modulation, le code source, etc. peuvent être programmés et contrôlés, et la flexibilité du système est grandement améliorée .
La plate-forme matérielle de la radio logicielle adopte une conception modulaire, qui doit être une plate-forme de communication ouverte, évolutive et compatible, et se présente sous la forme d'un bus avec une norme modulaire. Sur la base de cette plate-forme matérielle relativement commune, nous implémentons différentes fonctions de communication en chargeant différents logiciels (la carte peut être remplacée en cas de besoin). La plate-forme matérielle de la radio logicielle est beaucoup plus exigeante que le PC, elle a besoin d'un frontal radiofréquence large bande, d'un convertisseur A/N/A large bande, de dispositifs DSP haute vitesse, etc. Afin d'effectuer une conversion A/N/A à grande vitesse et un traitement numérique du signal, les systèmes radio logiciels doivent fonctionner en parallèle avec plusieurs processeurs. De plus, pour que les données de traitement numérique du signal soient échangées à haut débit, le bus système doit avoir un débit de transmission T/O très élevé. Parmi les bus système actuels qui répondent aux exigences, le bus VME possède la technologie la plus mature, la meilleure polyvalence et le support le plus étendu. VME fournit un traitement parallèle à plusieurs processeurs, prend en charge le bus de données et le bus d'adresse 32- bits indépendants, et le débit atteint 40 Mb/s (ou même 320 Mb/s), ce qui répond essentiellement aux exigences de la radio logicielle et est la méthode de bus préférée. pour la radio logicielle. Trois, la technologie clé de la radio logicielle
1. Down-conversion multibande et RF à large bande
Pour l'antenne du système radio logiciel, il doit avoir une antenne multibande et une fonction de conversion de fréquence radio programmable. Sur la base de la satisfaction du gain d'antenne, de la taille physique et du prix, il devrait avoir une bande passante de travail de 2MHz-3MHz. En ingénierie radio, il n'est pas nécessaire de couvrir toute la bande de fréquences, mais seulement de couvrir plusieurs fenêtres de différentes bandes de fréquences. Par conséquent, une antenne multibande combinée peut être utilisée. Le speakeasy de l'armée américaine est une solution qui utilise plusieurs ensembles d'antennes RF. Pour les RF à large bande, le réglage, le contrôle de l'énergie et la configuration du préamplificateur à faible bruit (LNA) sont également une technologie clé, et la conception assistée par ordinateur (CAO) peut être utilisée pour optimiser la conception du système.
2. Partie A/N large bande.
La clé pour déterminer les performances de la conversion analogique-numérique à large bande est l'échantillonnage et le nombre de bits. Le taux d'échantillonnage est déterminé par la bande passante du signal, tandis que le nombre de bits de quantification nécessite une certaine plage dynamique et une précision DSP. Étant donné que le CAN à puce unique existant ne peut pas répondre à ces deux exigences, plusieurs CAN peuvent être utilisés en parallèle.
3. Partie DSP parallèle à grande vitesse.
Dans l'opération de traitement numérique du système, le plus difficile est l'up-conversion, le filtrage et le sous-échantillonnage. Le DSP parallèle à haut débit comprend des fonctions de traitement numérique en bande de base, de modulation et de démodulation, de traitement de flux binaire et de décodage. Pour les systèmes FM et à étalement de spectre, cette partie devrait également avoir des fonctions de désétalement et de désamorçage. Pour réaliser cette partie de la fonction, il est nécessaire d'utiliser un DSP parallèle à grande vitesse pour former un système informatique parallèle multiprocesseur, comprenant davantage d'appels à accès multiples, un bus de programme et un bus de données plus larges, des données multiples à instruction unique, des données multiples à instruction multiple . La structure et l'utilisation de la structure de super-instruction, etc., cette partie peut être réalisée par une puce de circuit intégré numérique dédiée ASIC (par exemple, la puce DDC HS P50016 de Harris Corporation des États-Unis).
4. Quitter la structure générale de l'itinéraire d'ouverture et d'évolutivité.
Dans la structure de système traditionnelle, le pipeline est généralement utilisé, caractérisé en ce que chaque unité fonctionnelle est connectée par un circuit. Si la fonction d'une certaine pièce doit être ajoutée, supprimée ou modifiée, le module fonctionnel correspondant doit être adapté. Par conséquent, cette structure n'est pas ouverte. Afin de réaliser l'interconnexion de diverses unités fonctionnelles dans le système, une plate-forme matérielle ouverte et extensible est formée, et en même temps, elle a un débit de données élevé. Le système radio logiciel doit adopter une nouvelle structure d'interconnexion, qui se caractérise par une mise en œuvre relativement simple et peut appliquer directement une variété de normes de bus (tels que VME, bus, bus PCI, etc.). , structure d'interconnexion basée sur le bus.
5. Protocoles et normes logicielles.
Depuis le milieu à la fin des années 1990, des pays étrangers ont étudié comment implémenter des logiciels plug and play (Plug & Play), et ont proposé sur cette base. Protocoles et normes logicielles JAVA/CORBA. L'idée basée sur le « bus logiciel » est d'établir une architecture standardisée, ouverte et simple d'utilisation. Le soi-disant "bus logiciel" est similaire au "bus matériel" dont on parle souvent. Le module d'application est transformé en un bus selon la norme, et l'opération combinée peut être réalisée en insérant le bus, prenant ainsi en charge un environnement informatique distribué. Cette idée de conception est cohérente avec la réutilisabilité des logiciels dans les systèmes logiciels.
6. Consommation d'énergie, volume et coût du système.
C'est la clé de la commercialisation de la radio logicielle, et sa solution dépend largement du développement de la technologie matérielle. Quatrièmement, le développement et la perspective de la radio logicielle
Depuis les années 1990, avec le développement rapide de divers systèmes de communication sans fil, les différences dans les normes de communication radio et l'avancement de la technologie de traitement numérique du signal, la technologie radio logicielle a attiré de plus en plus d'attention et devrait devenir un futur système de communication mondial. réseau. nouveau système.
Selon la structure idéale, toutes les tâches de traitement du signal de la station de radio logicielle, de la RF à la bande de base, sont effectuées sous forme entièrement numérique, elle est donc entièrement programmable et sa structure est également reconfigurable et reproductible. Cependant, comme il n'y a pas de convertisseur A/N pouvant être appliqué à la bande de fréquence radio, un autre sujet qui fait actuellement l'objet de recherches est le frontal RF numérique de la station de radio logicielle, qui est la clé de la numérisation de l'ensemble de la fréquence. bande.
Les dispositifs de traitement du signal numérique (DSP) existants ont été largement utilisés pour le traitement du signal dans des parties telles que IF, bande de base ou terminal, ce qui a amené les performances techniques des équipements radio à un niveau nouveau et moderne, mais son frontal RF est toujours à bande étroite . Pour la station radio logicielle, le convertisseur A/N de son frontal RF doit être capable de gérer toute la bande de fréquence de communication, généralement de 2MHz à 3GHz. De plus, les caractéristiques typiques des signaux de communication mobile sont l'évanouissement et le blindage, et il peut y avoir un blocage et des interférences importants. En conséquence, la plage dynamique des signaux de communication mobile apparaissant à l'extrémité RF de réception est aussi élevée que 100 dB ou plus. Si l'on considère différentes normes de signaux de communication mobile, sa plage dynamique sera plus grande. Pour un système avec une bande passante de 10 MHz, la fréquence d'échantillonnage est supérieure à 25 MHz, ce qui nécessite 2500 MIPS de capacité de traitement informatique, ce qui est loin de répondre aux exigences de l'environnement du signal à traiter par le frontal RF. Même avec des convertisseurs A/N capables de répondre aux exigences de bande passante et de plage dynamique, leurs besoins en puissance peuvent encore entraver l'utilisation des terminaux mobiles. La station de radio logicielle développée à l'étape actuelle ne peut pas adopter la structure idéale de la numérisation complète de la bande de fréquence, mais adopte la structure pratique de la numérisation partielle de la bande de fréquence du frontal Rf.
Pour résumer, la radio logicielle contient deux significations : l'une est le frontal radiofréquence (RF) et l'autre est le traitement numérique du signal ; ses principaux composants sont des convertisseurs A/N/A large bande et des puces DSP haute vitesse. Le plus grand avantage de la radio logicielle est qu'elle peut effectuer diverses tâches de traitement du signal sur la plate-forme matérielle en définissant divers paramètres de travail et en réorganisant la structure du canal en fonction de la bande sans fil et de la méthode d'accès au canal. Par conséquent, un frontal numérique dédié pour chaque norme de travail peut être conçu sur une plate-forme matérielle commune, ou la communauté de différentes normes de travail peut être utilisée. La première conception atteint non seulement le plus grand degré de liberté, mais minimise également le nombre de portes utilisées, tandis que la dernière conception nécessite le développement d'algorithmes dédiés pour les fonctions frontales numériques, mais peut être implémentée avec des ASIC, ce qui nous permet de profiter du concept de radio logicielle.
En général, bien que les radios logicielles aient été développées à l'origine pour les communications militaires à ondes courtes sur l'horizon, parce qu'elles offrent un haut niveau de fidélité que l'on ne trouve pas dans les récepteurs analogiques, elles offrent également une excellente flexibilité. Avec une petite modification, il peut s'adapter et répondre aux exigences des différents utilisateurs, et son coût est très faible. Couplé au développement rapide de la technologie de traitement numérique du signal, il est de plus en plus utilisé dans le domaine de la communication civile, en particulier dans la communication mobile. L'application dans le système est plus étendue.
